न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ

अणुकेंद्रकातील न्यूट्रॉन हा अणूच्या स्थैर्याच्या दृष्टीने महत्त्वाची भूमिका बजावत असतो. अस्थिर अणू हे किरणोत्सारी असतात व काही काळानं त्यांचं रूपांतर दुसऱ्या एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणूंत होते. पण गंमत म्हणजे अणूंच्या स्थैर्याशी निगडीत असणारे हे कण, स्वतःच अस्थिर असतात. त्यांचं रूपांतर धनभारित प्रोटॉन आणि ऋणभारित इलेक्ट्रॉनमध्ये होतं.

अस्थिर असणाऱ्या या न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य मोजण्यासाठी आतापर्यंत दोन पद्धती वापरल्या गेल्या आहेत. त्यातील पहिल्या पद्धतीत, न्यूट्रॉनच्या झोताची निर्मिती केली जाते. या झोतातील न्यूट्रॉनचं प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये रूपांतर होत असल्यानं, बाहेरून दिलेल्या विद्युतदाबाच्या मदतीनं यातील प्रोटॉनचा मार्ग बदलून ते वेगळे केले जातात. या वेगळ्या केलेल्या प्रोटॉनची संख्या मोजून, ठरावीक काळात किती न्यूट्रॉनपासून किती प्रोटॉनची निर्मिती झाली हे मोजलं जातं. या संख्येवरून न्यूट्रॉनची संख्या मोजली जाते व त्यावरून न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य काढलं जातं. या पद्धतीनुसार न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य सुमारे १४.८ मिनिटांचं भरतं. दुसऱ्या पद्धतीनुसार न्यूट्रॉनची निर्मिती ही झोताच्या स्वरूपात न करता, एका बंदिस्त जागेत केली जाते. ठरावीक कालावधीनंतर या वंदिस्त जागेतील न्यूट्रॉनची संख्या काढली जाते. या पद्धतीनुसार न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य सुमारे १४.६ मिनिटांचं भरतं. दोन्ही पद्धतींनुसार येणाऱ्या न्यूट्रॉनच्या सरासरी आयुष्यात सुमारे नऊ सेकंदांचा म्हणजे जवळपास एक टक्क्याचा आहे. ह्या फरकाचं समाधनकारक स्पष्टीकरण संशोधन देऊ शकलेले नाहीत.

दरम्यान अलीकडेच, एका वेगळ्या पद्धतीद्वारे न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ मोजण्याचा प्रयत्न झाला. हा प्रयत्न चक्क अंतराळातून केला गेला. सर्व ग्रहांवर सतत वैश्विक किरणांचा मारा होत असतो. या वैश्विक किरणांची ग्रहांच्या पृष्ठभागावरील अणूंशी केंद्रकीय क्रिया होऊन त्यातून न्यूट्रॉन कणांची निर्मिती होती. या न्यूट्रॉनचाही सतत ऱ्हास होत असतो. परिणामी, ग्रहाच्या पृष्ठभागाच्या वाढत्या अंतरानुसार न्यूट्रॉनची संख्या कमी होत जाते. तेव्हा या ग्रहाच्या पृष्ठभागावर निर्माण होणाऱ्या न्यूट्रॉनच्या अपेक्षित संख्येशी तुलना करून किती न्यूट्रॉनचा ऱ्हास झाला ते समजू शकतं आणि त्यावरून न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ काढता येतो. अशा रितीनं न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ काढण्यासाठी मदत झाली ती ‘मेंसेंजर’ या नासानं बुधाकडे पाठवलेल्या अंतराळयानाची. मेसेंजर यानानं २०११ ते २०१५ या काळात बुधाभोवती प्रदक्षिणा घातल्या. बुधाकडे जाताना या यानानं शुक्राजवळूनही प्रवास केला. आपल्याकडील उपकरणाद्वारे, या दोन्ही ग्रहांच्या पृष्ठभागापासून विविध अंतरावरून जाताना या यानानं, या ग्रहांपासून येणाऱ्या न्यूट्रॉन कणांची संख्या मोजली व त्यावरून संशोधकांना न्यूट्रॉनच्या सरासरी आयुष्याचं गणित मांडणं शक्य झालं. या गणितानुसार न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य हे फक्त तेरा मिनिटांचं असल्याचं आढळून आलं आहे.

मेसेंजरचा मूळचा उद्देश काही न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ काढण्याचा नव्हता. त्यामुळे या निरीक्षणांत बरीच अनिश्चितता असल्याचं संशोधक मान्य करतात. परंतु भविष्यातील एखाद्या मोहीमेत, हेच उद्दीष्ट असलेला प्रयोग मुद्दाम आखून, ही अनिश्चितता कमी करता येईल, असा विश्वासही संशोधकांना वाटतो. आणि असा प्रयत्न नक्की केला जाईलही! कारण न्यूट्रॉनचं सरासरी आयुष्य हे विश्वजन्मानंतरच्या काही मिनिटांच्या काळातली गणितं मांडण्याच्या दृष्टीनं महत्त्वाचं आहे. विश्वजन्मानंतर बरंच काही घडलं ते पहिल्या तीन मिनिटांतच! या काळातील अचूक गणितं मांडण्याच्या दृष्टीनं, न्यूट्रॉनचा आयुष्यकाळ निश्चितपणे माहीत असणं हे नक्कीच आवश्यक आहे.

— डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: NASA/JHU/APL – Wikimedia